±500 kV团林换流站的自主化设计

张先伟，冯春业，邹荣盛，尹洪江，王幼军

(中南电力设计院，武汉市，430071)

0 引言

随着我国经济的发展，土地资源日益紧缺，输电走廊已成为限制电网发展的重要因素。采用同塔多回、大截面导线等先进技术，对现有电网进行改造，提高单位通道输电能力，是电力工业走可持续发展道路必须遵循的重要原则，也是国家电网公司贯彻国家提出建设“资源节约型、环境友好型社会”要求的具体体现。

荆门—上海±500 kV直流工程充分利用葛沪直流线路走廊，采用直流线路同杆并架技术建设2回超高压直流输电工程，对保证三峡地下电站电力安全送出，实现华中、华东电网互补，缓解华东地区日益紧张的环保、交通运输、土地供应等压力都具有重要意义。

荆门—上海 ±500 kV直流工程输电电压为±500 kV，额定电流为3 kA，双极额定输送容量为3 000 MW，直流输电线路长度为1 018.393 km，其中915.546 km与葛沪直流工程为同塔双回架设。

荆门—上海±500 kV直流输电工程的系统研发、成套设计、设备制造和工程施工调试全部由国内企业承担，交、直流设备实现了100％国产化。在工程设计、设备制造、施工调试中遇到的各种问题及其解决方法，以及工程建设中的管理经验，都为今后直流工程建设提供了重要参考［1-7］。

1 技术方案

±500 kV团林换流站是荆门—上海±500 kV直流工程的起点，站址位于湖北省荆门市掇刀区团林镇赵庙村，换流站围墙内占地面积为104 560 m2，团林换流站的主要技术方案如下：输送容量为3 000 MW，直流电压为±500 kV，直流电流为3 kA，换流变交流母线电压为±500 kV；采用12脉动换流器，换流阀结构形式为户内式二重阀，电压为250 kV，电流为3 kA，外冷却方式为水冷；无功补偿容量为1 900 Mvar；交流配电装置形式为HGIS；直流场类型为户外式，采用光纤通信。

2 设计原则及自主化特点

团林换流站设计分为成套设计和工程设计2部分。成套设计主要包括系统研究、直流主设备规范和阀厅设计，由北京网联直流工程有限公司完成。工程设计包括初步设计、常规交流设备规范以及施工图设计，由中南电力设计院负责完成。

2.1 设计原则

(1)500 kV直流采用双极直流接线，每极使用1个12脉冲阀组，500 kV交流采用1个半断路器接线。交流滤波器采用大组接入1个半断路器配电装置串中。

(2)500 kV交流配电装置采用HGIS设备、悬吊管型母线。500 kV交流向东和向西出线，间隔宽度为28 m。

(3)晶闸管换流阀采用光电触发、空气绝缘、水冷却、户内式、悬吊式安装。阀冷却系统的二次冷却方式采用水冷却方式。

(4)换流变压器采用单相双绕组形式，两极共设12+2台，其中2台为备用相。平波电抗器采用油浸式，每极1台，另设1台备用。

(5)直流场采用户外式布置方式。

(6)交流滤波器为3大组、10小组方案，无功总容量为1 900 Mvar；直流滤波器采用无源滤波器，每极各配置1组HP12/24、HP12/36。

(7)采用3回站用电源，其中2回外引，1回由交流500 kV的站内高压站用变引接，该变压器接入交流滤波器母线。

(8)换流站控制系统采用分层、分布式结构，完全双重化配置，前置层设备按间隔配置，辅助系统的控制采用单独主机。在交流500 kV配电装置区设置就地继电器室。

(9)换流站阀/极/双极保护与控制相对独立，不共用主机。

(10)换流变压器保护、交流滤波器保护、直流滤波器保护完全独立，双重化配置。

(11)阀厅采用钢结构，控制楼、综合楼采用钢筋混凝土框架结构。就地继电器室采用框架结构，金属钢丝网屏蔽，继电器室为单层布置。

(12)阀厅、控制楼等建筑物的设计充分考虑屏蔽、密封和降噪等方面的要求。

(13)500 kV屋外配电装置构架采用A型钢管结构，500 kV设备支架亦采用钢管结构，与构架柱协调一致。

(14)换流站工业及生活用水采用自来水，并在站内设置蓄水池。

(15)全站设消防和生活2个供水系统。

(16)换流站噪音控制标准按GB 12348—90《工业企业厂界噪声标准》规定的Ⅱ类执行［8-9］。

2.2 自主化设计特点

(1)充分应用了国家电网公司通用设计成果。团林换流站500 kV交流场、500 kV交流滤波器场、换流变压器、阀厅及直流场配电装置，均采用了国家电网公司输变电工程通用设计的±500 kV、3 000 MW直流换流站相应模块，提高了设计质量。

(2)500 kV交流场采用HGIS设备。团林换流站采用了可靠性较高、运行维护费用较低、工作量较小、节约土地资源的500 kV交流HGIS设备，节省了大量投资和占地，社会效益和经济效益显著。

(3)接地网采用阴极保护，延长接地网寿命，保证换流站安全稳定运行。根据以往工程经验，在土壤腐蚀性较高的地区，镀锌扁钢接地网普遍存在变薄、穿孔，甚至断裂、沙化等腐蚀现象。换流站投运数年后，接地扁钢已无法满足短路电流最小截面的要求，致使换流站安全稳定运行存在隐患。若不在建设期间对接地网采取保护措施，而是投运后再进行改造，则代价较大且难以实施。

站址区域土壤平均电阻率约为36.7Ω·m，土壤电阻率较低，属于土壤腐蚀性较严重的地区，根据DL/T 5394—2007规定，应采取防腐措施。团林换流站阴极保护措施为：在全站范围内均布置镁合金牺牲阳极，并与主接地网相连。

接地网采取上述保护措施后，理论上可以保证换流站在全寿命期间，接地网截面不减小、不因接地网原因而出现安全隐患。

(4)团林换流站接地极采用与龙泉换流站共用接地极的方案。团林换流站不新增接地极，而利用龙泉换流站的青台接地极。通过初设阶段校核，接地极跨步电压、接触电势及接地极本体温升均在安全范围内，因此2站具备共用接地极的条件。由于龙泉换流站导流系统不能满足2站共用接地极最大6 kA的通流能力，因此团林换流站接地极需要重新安装导流系统。团林换流站导流系统主要由直埋电缆组成，与独立设置接地极的方案相比，共用接地极方案仅需增加导流系统，投资较省，施工周期较短。

(5)采用智能照明。团林换流站在换流变压器、平抗及室外配电装置区域照明中首次采用了智能照明，即通过触摸屏的方式实现对这些区域照明的控制，极大方便了运行和控制。

(6)满足二次设备的抗干扰要求。由于变电站强电磁场环境，为了抑制传导类干扰，统一要求监控系统、直流系统、图像监视系统、GPS系统、电能计费系统、保护等设备的通信网络连线均采用铠装光缆。

(7)全站换流变压器、平波电抗器配置绝缘油监视系统。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(试行)要求，为了提前发现换流变压器故障，以便安排计划检修，全站换流变压器配置了1套换流变绝缘油监视系统。

(8)团林换流站至三峡地下电站的500 kV出线距离较远且路径复杂，巡线困难，为了实现500 kV线路故障的精确定位，为连接三峡地下电站的3条500 kV线路配置1面故障测距装置屏。交流故障测距屏布置在500 kV第2继电器小室内，硬接点信号送入小室内的计算机监控系统。

团林换流站配置1面直流线路故障测距屏，直流故障测距屏布置在站控二次设备室，硬接点信号送入小室内的计算机监控系统。

交直流故障测距系统均采用双端检测原理，配置光纤对时接口，可以与站内的统一时钟对时，如果现场测试精度满足不了测距要求，可以改用屏内自带的GPS主钟对时。

(9)优化通信设计。系统通信方案全部采用光纤通信方式，传输速率大、可靠性高，易于日常维护。站内综合楼采用综合布线方式，电话线和信息网络电缆采用统一电缆进行敷设。综合数据网分为内网和外网，2个网络采用完全独立的设备，保证物理上完全隔离。通信光缆或电缆尽可能采用不同路由的电缆通道进入通信机房。配置2套完全独立、冗余的－48 V直流电源系统：蓄电池组、高频开关电源、直流配电屏等完全独立，保证通信设备供电的可靠性。通信设备尽量采用2路－48 V直流供电，1路故障时不影响设备正常工作。通信设备故障总告警信号均接入变电站综合监控系统。

(10)优化边坡和道路设计。填方边坡采用高密度聚乙烯单向土工格栅加筋麻袋反包植草方案，最高边坡为10.33 m，坡比为1∶0.7。本方案安全可靠、占地面积小，以最少的土地资源达到换流站建设的要求，减少了水土流失，增加了工程绿化面积。

站内道路垫层换填灰土，灰土内铺加聚丙烯双向土工格栅，有效防止了膨胀土的影响及混凝土路面的开裂。

(11)认真处理建筑与工艺要求、建筑与周围环境的关系。在建筑物防电磁波干扰、建筑物隔声降噪及建筑物节能降耗上采取了有效措施：在电磁屏蔽、墙体和门窗隔声、墙体和门窗保温、屋面和楼面防水等的构造上进行了仔细处理。阀厅墙体和屋面采用超细玻璃保温棉毡作为保温层，控制楼墙体采用加气混凝土墙体和超细玻璃保温棉毡相结合作为保温层，以达到建筑保温的目的。

(12)全站设2套生产给水系统。保证了换流站两极阀外冷却系统补充水给水系统的设备和管道均互相独立，避免了1极故障或检修时影响另1极运行［10］。

3 结语

三峡直流工程中的设备国产化率为30％ ～70％，系统研究、成套设计和工程设计以及系统调试均与外方共同完成。荆门—上海±500 kV直流输电工程立足于完全国产化的方式建设，系统研究、成套设计制造、工程施工以及系统调试完全由国内单位承担，交、直流设备实现100％国产化，具有重要的意义。

［1］国家电网公司.创新与超越—记“十一五”［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［2］曾静，王伟刚.三沪直流工程换流站设计特点［J］.电力建设，2007，28(3)：9-12.

［3］苏炜，胡文华.华新换流站设计特点和经验总结［J］.电力建设，2007，18(11)：18-21.

［4］许斌，曾静.±800 kV复龙换流站设计特点介绍［J］.电力建设，2008，29(4)：12-15.

［5］李标俊，李齐书，杨跃辉，等.兴安直流工程换流站设计和自主化特点［J］.电力建设，2010，31(4)：17-20.

［6］龚大卫，俞敦耀.三峡—常州±500 kV高压输电工程简介［J］.中国电力，2000，33(2)：42-44，53.

［7］胡劲松，余波，黄晓明.特高压直流换流站电气设计的主要特点［J］.四川电力技术，2008，31(3)：4-8.

［8］北京网联直流工程有限公司.±500 kV荆门换流站成套设计功能规范书［R］.北京：北京网联直流工程有限公司，2006.

［9］冯春业，张先伟，邹荣盛，等.±500 kV荆门换流站初步设计说明书［R］.武汉：中南电力设计院，2007.

［10］冯春业，张先伟，邹荣盛，等.±500 kV荆门换流站施工图设计说明书［R］.武汉：中南电力设计院，2010.